Dlaczego woda jest twarda?

Często słyszy się, że woda jest twarda lub miękka. Co tak naprawdę oznaczają i z czego wynikają te właściwości wody? W poniższym artykule postaramy się wyjaśnić to ciekawe zjawisko.

Większość wód występujących na powierzchni naszej planety jest bardzo bogata w różne rozpuszczone w niej składniki mineralne. Z jednej strony, zawartość tego typu minerałów jest potrzebna i niezbędna dla zdrowia. Jednak organizm ludzki tego typu substancje przyswaja głównie ze spożywanych posiłków (mięsa, owoce i warzywa, soki), a udział tych, które pochodzą bezpośrednio z wody ma marginalne znaczenie.

Niektóre naturalnie występujące wody są wodami miękkimi – dobrym przykładem są górskie potoki, lub chociażby padający deszcz (o ile nie występuje zjawisko kwaśnego deszczu).

Twardość wody wynika z ilości rozpuszczonych w niej składników. Głównie są to jony wapnia i magnezu (twardość wapniowa i twardość magnezowa), ale w kształtowaniu tego parametru biorą udział także jony żelaza, glinu, kationy metali ciężkich, jony manganu.

Twardość wody można sklasyfikować jeszcze wg innego kryterium. Twardość wody naturalnej spowodowana obecnością wodorowęglanów, węglanów, wodorotlenków wapnia i magnezu to tzw. twardość przemijająca (twardość węglanowa, twardość nietrwała). Pozostałe substancje – chlorki, siarczany, azotany wapnia i magnezu powodują twardość trwałą (twardość niewęglanową). Suma twardości trwałej i przemijającej tworzy twardość ogólną wody.

Wody naturalne charakteryzują się różną twardością. Wody opadowe (mgła, deszcze) są bardzo miękkie, wody słodkie bogate są w wapń – stąd twardość wapniowa. Największy poziom twardości wykazują wody podziemne – główne źródło wody wodociągowej. Twardość tego typu wód może dochodzić nawet do 500 mg CaCO3 / dm3. Jest to graniczna wartość Polskiej Normy dla twardości wody.

Twardość wody ma też duży wpływ na jej właściwości organoleptyczne. Nadmierna zawartość niektórych jonów (lub jej brak) jest wyczuwalna w smaku (np. zbyt duża ilość soli magnezu jest odczuwana jako gorzka). Duża koncentracja chlorku i siarczanu magnezu może nawet powodować biegunkę i inne dolegliwości żołądkowe. Inne związki mogą być odpowiedzialne za nieprzyjemny zapach i zabarwienie wody.

Twardość wody powoduję zmianę jeszcze jednego parametru – zwiększone napięcie powierzchniowe. Im wyższa wartość napięcia powierzchniowego wody, tym trudniej następuje zwilżanie powierzchni taką wodą. Trudno zatem czyścić zabrudzone powierzchnie, a do wszelkich procesów myjąco–czyszczących wymagana jest większa ilość mydła i detergentów. Dodatkowo, twardość przemijająca jest w głównej mierze odpowiedzialna na powstawanie kamienia kotłowego – to wróg publiczny nr 1 wszelkich systemów wodociągowych, grzałek i bojlerów. Nadmierna warstwa kamienia grozi poważnymi awariami części mechanicznych, całkowitą blokadą rurociągu, a nalot na armaturze wygląda bardzo nieestetycznie.

Kamień kotłowy
Zdjęcie odłupanych fragmentów kamienia kotłowego pochodzącego z wnętrza bojlera zasilanego nieuzdatnioną wodą.

Wiele branż wymaga stosowania wody miękkiej – kotły parowe, chłodnice, sieci ciepłownicze zasilane twardą wodą w krótkim czasie, dzięki osiadaniu warstwy kamienia kotłowego, znacząco obniżą swą efektywność energetyczną. Przemysł spożywczy, czy tekstylny właściwie nie mógłby istnieć bez urządzeń, jakimi są zmiękczacze wody.

Lp. Stopień twardości wody [mval/l] [mg CaCO3­] [st. niemieckie] [mmol/l]
1 Woda bardzo miękka < 2 < 100 < 5,6 < 1
2 Woda miękka 2-4 100-200 5,6 - 11,2 1-2
3 Woda średnio-twarda 4-7 200-350 11,2 - 19,6 2 - 3,5
4 Woda twarda 7-11 350-550 19,6 - 30,8 3,5 - 5,5
5 Woda bardzo twarda > 11 > 550 > 30,8 > 5,5

Podobne wpisy

Historia zmiękczania
i dezynfekcji wody

Zasada działania
zmiękczacza wody

Twarda
woda